Rozwój technologii ciekłych kryształów pozwala na uzyskanie bardziej elastycznych, inteligentnych i funkcjonalnych materiałów
Pełniejsza wiedza na temat ciekłych kryształów pozwoli na stosowanie ich w systemach zupełnie innych niż tablety i wyświetlacze telefonów komórkowych – stanowiące obecnie najpowszechniejszy obszar wykorzystania tych materiałów. Ciekłe kryształy mają ogromny potencjał w zakresie wielu nowych technologii, ponieważ dzięki swojej płynności i lekkości są odporne na wielokrotne rozciąganie i zginanie, a często ich działanie nie wymaga energii elektrycznej. Co więcej, ciekłe kryształy są dość tanie w produkcji.
Prace nad zmieniającymi kształt elastomerami ciekłokrystalicznymi prowadzą do ciekawych, nieoczekiwanych odkryć
W ramach finansowanego przez ERBN projektu INTERACT badano, jak zachowują się ciekłe kryształy, gdy odchodzą od standardowych geometrii płaskich, w których są badane i wykorzystywane od dziesięcioleci. Uczeni odkryli zupełnie niespodziewane struktury, takie jak ciekłe kryształy z przeciw-uporządkowanym układem cząsteczek, które są ułożone tak, aby unikać określonego kierunku. „Istnienie tych tak zwanych ciekłych kryształów o negatywnym parametrze uporządkowania było już wcześniej przewidywane w teorii, ale nie udawało się ich zaobserwować w praktyce. Taki materiał wyprodukowaliśmy w kontekście naszych elastomerowych siłowników ciekłokrystalicznych w kształcie powłoki”, tłumaczy zdobywca grantu ERBN i kierownik naukowy Jan Lagerwall. Elastomery ciekłokrystaliczne to wyjątkowa klasa materiałów, które znacząco zmieniają kształt pod wpływem różnych bodźców. Materiały te mogą być wykorzystywane jako siłowniki – urządzenia, które przemieniają pewien rodzaj zmagazynowanej energii w ruch. „Z powodu odwrotnego uporządkowania materiał reaguje na zmiany temperatury dokładnie w odwrotnym kierunku niż konwencjonalne elastomery ciekłokrystaliczne”, wyjaśnia uczony. Zespół INTERACT zdobył też cenną wiedzę na temat płynięcia ciekłych kryształów i roztworów polimerowych obok siebie. Jest to potrzebne do wytwarzania włókien funkcjonalizowanych ciekłymi kryształami, które mogłyby być stosowane na przykład w inteligentnych tekstyliach. „Jest to prawdziwe wyzwanie w przypadku wielu kombinacji materiałów, ale nasze badania dały nam znacznie wyraźniejszy obraz tego, jak można uniknąć niepożądanych rezultatów”, mówi Lagerwall. „Poczyniliśmy również znaczne postępy w pracach nad metodami utrzymania uporządkowania ciekłych kryształów w stanie elastycznym lub stałym poprzez polimeryzację systemu bez negatywnego wpływu na uporządkowanie”. Jak twierdzi Lagerwall, dzięki tym osiągnięciom naukowym, projekt „zbliżył się do nowych zastosowań ciekłych kryształów, przynajmniej w dziedzinie technologii ubieralnej i bezpiecznego uwierzytelniania”. Dzięki projektowi INTERACT uczeni mogą obecnie „stosunkowo dobrze zrozumieć, w jaki sposób można faktycznie wykorzystać ciekłe kryształy w włóknach tekstylnych, które mogą być używane do produkcji odzieży”.
Przełomowa etykieta do bezpiecznego uwierzytelniania
Badacze opracowali etykiety uwierzytelniające, które nadają niepowtarzalny „odcisk palca” obiektowi docelowemu. Etykieta jest wykonana w taki sposób, że jest rzeczywiście zintegrowana z obiektem, dzięki czemu skutecznie chroni przed podrabianiem. Zespołowi udało się przekształcić etykiety z kolorowych w prawie niewidoczne, dzięki czemu można je dostosować do środowiska, w którym będą używane. „Jesteśmy przekonani, że można je uczynić całkowicie niewidzialnymi poprzez dalszą optymalizację wykorzystywanych materiałów”, dodaje badacz. Zakończenie projektu zaplanowano na koniec marca 2020 roku. Zespół złożył już jedno zgłoszenie patentowe na opracowane przez siebie materiały, a dwa kolejne są w przygotowaniu. Aktualne eksperymenty mają na celu stworzenie prawdziwych włókien tekstylnych zawierających ciekłe kryształy, a także opracowanie cylindrycznych elastomerów ciekłokrystalicznych. Projekt INTERACT daje materiałoznawcom oraz fizykom, chemikom i inżynierom zajmującym się ciekłymi kryształami odpowiedź na szereg ważnych pytań dotyczących tego, jak nadać ciekłym kryształom złożone geometrie, jak np. włókna, powłoki i rurki. Projekt dowiódł, że ciekłe kryształy mogą przejawiać bardzo różnorodne zachowania, w zależności od sposobu wykonania próbki i jej charakterystyki. Odnosząc się do inżynierów i całego przemysłu, Lagerwall podsumowuje: „Mam szczerą nadzieję, że wyniki projektu INTERACT staną się inspiracją dla nowych zastosowań ciekłych kryształów i pomogą w rozwiązaniu starych i nowych problemów w lepszy i bardziej zrównoważony sposób poprzez wykorzystanie ciekłych kryształów otrzymanych z celulozy”.
Słowa kluczowe
INTERACT, ciekłe kryształy, materiały, elastomery ciekłokrystaliczne, polimer, włókna tekstylne, etykieta uwierzytelniająca